光电转换元件、色素增感太阳能电池、金属络合物色素、色素溶液及氧化物半导体电极制造技术

本发明专利技术提供一种光电转换元件及色素增感太阳能电池、以及金属络合物色素、色素溶液及氧化物半导体电极。所述光电转换元件具有导电性支撑体、包含电解质的感光体层、包含电解质的电荷转移体层及对电极，其中，感光体层具有担载有特定的式(1)所表示的金属络合物色素的半导体微粒。

Photoelectric Conversion Elements, Pigment Sensitized Solar Cells, Metal Complex Pigments, Pigment Solutions and Oxide Semiconductor Electrodes

The invention provides a photoelectric conversion element and a pigment sensitized solar cell, as well as a metal complex pigment, a pigment solution and an oxide semiconductor electrode. The photoelectric conversion element has a conductive support, a photosensitive layer containing an electrolyte, a charge transfer layer containing an electrolyte and a pair of electrodes, wherein the photosensitive layer has a semiconductor particle carrying a metal complex pigment represented by a specific formula (1).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电转换元件、色素增感太阳能电池、金属络合物色素、色素溶液及氧化物半导体电极
本专利技术涉及一种光电转换元件、色素增感太阳能电池、金属络合物色素、色素溶液及氧化物半导体电极。
技术介绍
光电转换元件用于各种光传感器、复印机或太阳能电池等光电化学电池等。该光电转换元件实际应用的有使用金属的方式、使用半导体的方式、使用有机颜料或色素的方式或将这些方式组合的方式等各种方式。尤其，利用非枯竭性的太阳能的太阳能电池不需要燃料，作为利用无穷尽的清洁能源的光电转换元件，非常期待其正式的实际应用。其中，从很久之前就进行了硅类太阳能电池的研究开发，各国也有政策性的考虑而进行普及。但是，硅是无机材料，在产量及成本等的改善方面自然存在界限。因此，正尽力进行使用金属络合物色素的光电化学电池(也称为色素增感太阳能电池)的研究。尤其成为其契机的是瑞士洛桑联邦理工学院的格莱切尔(Graetzel)等人的研究成果。他们采用在多孔氧化钛膜的表面固定有包含钌络合物的色素的结构，实现了与非晶硅相同程度的光电转换效率。由此，即使不使用高价的真空装置也能够制造的色素增感太阳能电池一举得到世界研究者的关注。目前为止，作为色素增感太阳能电池中所使用的金属络合物色素，开发出了一般被称作N3、N719、N749(也称为黑色染料)、Z907及J2的色素等。并且，除了这些金属络合物色素以外，还对各种金属络合物色素进行研究。例如，可以举出含有具有二(4-取代苯基)氨基苯乙烯基骨架的吡啶环2个键合而成的联吡啶配体的金属络合物色素。具体地举出其例子，在专利文献1中记载有含有2个吡啶环分别具有4-二苯基氨基苯乙烯基骨架的联吡啶配体的色素(D-3)。并且，在专利文献2中，记载有含有吡啶环分别具有N,N’-双(4-甲基)苯基-4-氨基苯乙烯基的联吡啶配体、2,2’-联吡啶-4,4’-二羧酸配体及2个异硫氰酸酯基作为辅助配体的色素(40)。另外，在专利文献3中记载有含有吡啶环分别具有苯基的4位碳原子被叔丁基取代的二苯基氨基苯乙烯基骨架的联吡啶配体的色素(D-1-7a)。此外，在非专利文献1中记载有含有吡啶环分别具有苯乙烯基骨架的联吡啶配体的色素(Ru-TPA-EO-NCS)，在该苯乙烯基骨架中，苯基上导入有具有4位碳原子被烷氧基取代的苯基和未取代的苯基的非对称氨基。以往技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-291534号公报专利文献2：日本特开2008-021496号公报专利文献3：日本特开2013-072079号公报非专利文献非专利文献1：J.Mater.Chem.，2009，19，p.5364-5376
技术实现思路
专利技术要解决的技术课题对光电转换元件及色素增感太阳能电池所要求的性能越来越高，期望进一步提高光电转换效率。光电转换元件及色素增感太阳能电池的光电转换效率根据开路电压VOC、短路电流密度JSC及填充因子(fillfactor)FF之积求出。因此，若使开路电压、短路电流密度及填充因子中的任一者增大，则能够期待光电转换效率的提高。本专利技术的课题在于提供一种显出高开路电压的光电转换元件及色素增感太阳能电池、以及用于这些的金属络合物色素、色素溶液及氧化物半导体电极。用于解决技术课题的手段本专利技术人等发现了若在光电转换元件及色素增感太阳能电池中使用如下金属络合物色素作为增感色素，则针对使用了以往的金属络合物色素的情况，显出高开路电压，该金属络合物色素含有：在各吡啶环的4位具有特定结构的氨基苯乙烯基等的联吡啶配体、在各吡啶环的4位具有羧基或其盐的联吡啶配体；及2个单齿配体。根据该见解进一步反复研究，以至于完成了本专利技术。即，本专利技术的课题通过以下的方法来实现。＜1＞一种光电转换元件，其具有：导电性支撑体、包含电解质的感光体层、包含电解质的电荷转移体层及对电极，其中，感光体层具有担载有下述式(1)所表示的金属络合物色素的半导体微粒。[化学式1]式中，M表示金属离子。R11及R12各自独立地表示烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基、氨基或卤素原子。n11及n12各自独立地表示0～3的整数。R13～R16各自独立地表示氢原子、烷基、酰基、芳基或杂芳基。Ar11及Ar12各自独立地表示下述式(2-1)及式(2-2)中的任一者所表示的基团。其中，当R13～R16全部为氢原子或甲基时，Ar11及Ar12中的至少一者表示下述式(2-2)所表示的基团。M1及M2各自独立地表示质子、金属阳离子及非金属阳离子中的任一者。L1及L2各自独立地表示单齿配体。[化学式2]式中，R21及R22各自独立地表示烷基、芳基或杂芳基。R23表示烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基、氨基或卤素原子。R24表示烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基或卤素原子。R25表示氢原子、烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基或卤素原子。n22为1～4的整数，n23为0～4的整数，n24为0～3的整数。n22与n24之和为1～4的整数。*表示与碳原子的键合部，该碳原子为R13或R14所键合的碳原子。＜2＞根据＜1＞所述的光电转换元件，其中，Ar11及Ar12中的至少一者表示式(2-2)所表示的基团。＜3＞根据＜1＞或＜2＞所述的光电转换元件，其中，Ar11及Ar12均表示式(2-2)所表示的基团。＜4＞根据＜1＞～＜3＞中任一项所述的光电转换元件，其中，R21及R22各自独立地表示烷基或芳基。＜5＞根据＜1＞～＜4＞中任一项所述的光电转换元件，其中，R21及R22各自独立地表示苯基。＜6＞根据＜1＞～＜5＞中任一项所述的光电转换元件，其中，R21及R22具有选自包括烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基、氨基及卤素原子的组中的至少一者作为取代基。＜7＞根据＜1＞～＜6＞中任一项所述的光电转换元件，其中，R21及R22各自独立地由下述式(R2-1)～式(R2-5)中的任一者表示。[化学式3]RR2表示烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基、氨基或卤素原子。**表示与式(2-1)或式(2-2)中的N的键合部。＜8＞根据＜1＞～＜7＞中任一项所述的光电转换元件，其中，R13～R16均为氢原子。＜9＞根据＜1＞～＜7＞中任一项所述的光电转换元件，其中，R13～R16中的至少一者表示烷基、酰基、芳基或杂芳基。＜10＞根据＜9＞所述的光电转换元件，其中，R13与R14的组及R15与R16的组中的至少一组表示烷基、酰基、芳基或杂芳基。＜11＞一种色素增感太阳能电池，其具备上述＜1＞～＜10＞中任一项所述的光电转换元件。＜12＞一种下述式(1)所表示的金属络合物色素。[化学式4]式中，M表示金属离子。R11及R12各自独立地表示烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基、氨基或卤素原子。n11及n12各自独立地表示0～3的整数。R13～R16各自独立地表示氢原子、烷基、酰基、芳基或杂芳基。Ar11及Ar12各自独立地表示下述式(2-1)及式(2-2)中的任一者所表示的基团。其中，当R13～R16全部为氢原子或甲基时，Ar11及Ar12中的至少一者表示下述式(2-2)所表示的基团。M1及M2各自独立地表示质子、金属阳离子及非金属阳离子中的任一者。L1及L2各自独立地表示单齿配体。[化学式5]式中，R21及R22各自独立地表示烷基、芳基或杂芳基。R23表示烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电转换元件，其具有：导电性支撑体、包含电解质的感光体层、包含电解质的电荷转移体层及对电极，其中，所述感光体层具有：担载有下述式(1)所表示的金属络合物色素的半导体微粒；[化学式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.29 JP 2016-1906231.一种光电转换元件，其具有：导电性支撑体、包含电解质的感光体层、包含电解质的电荷转移体层及对电极，其中，所述感光体层具有：担载有下述式(1)所表示的金属络合物色素的半导体微粒；[化学式1]式中，M表示金属离子；R11及R12各自独立地表示烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基、氨基或卤素原子；n11及n12各自独立地表示0～3的整数；R13～R16各自独立地表示氢原子、烷基、酰基、芳基或杂芳基；Ar11及Ar12各自独立地表示下述式(2-1)及式(2-2)中的任一者所表示的基团；其中，当R13～R16全部为氢原子或甲基时，Ar11及Ar12中的至少一者表示下述式(2-2)所表示的基团；M1及M2各自独立地表示质子、金属阳离子及非金属阳离子中的任一者；L1及L2各自独立地表示单齿配体；[化学式2]式中，R21及R22各自独立地表示烷基、芳基或杂芳基；R23表示烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基、氨基或卤素原子；R24表示烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基或卤素原子；R25表示氢原子、烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基或卤素原子；n22为1～4的整数，n23为0～4的整数，n24为0～3的整数；n22与n24之和为1～4的整数；*表示与碳原子的键合部，该碳原子为R13或R14所键合的碳原子。2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述Ar11及Ar12中的至少一者表示所述式(2-2)所表示的基团。3.根据权利要求1或2所述的光电转换元件，其中，所述Ar11及Ar12均表示所述式(2-2)所表示的基团。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电转换元件，其中，所述R21及R22各自独立地表示烷基或芳基。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光电转换元件，其中，所述R21及R22各自独立地表示苯基。6.根据权利要求1至5中任一项所述的光电转换元件，其中，所述R21及R22具有选自包括烷基、烷氧基、芳基、烷硫基、杂芳基、氨基及卤素原子的组中的至少一者作为取代基。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木晃逸，渡边康介，滨田和博，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP